每逢新春佳節,爆竹聲聲,鑼鼓咚咚,到處是熱鬧歡樂的氣氛。小朋友們除了放鞭炮之外,還喜歡放些“起花”。你看那“起花”,一經點燃,尾巴就噴出一般煙火,“嗤”的一聲騰空而起,竄得很高。“起花”向後噴煙火的同時,本身卻向前竄去,其中的奧秘在哪裡?為了揭開這其中的奧秘,讓我們先從下面的現象說起。
夏日裡,在頤和園的昆明湖,在杭州的西湖或是在其他湖面上,我們經常可以看到,只只小船載著遊客,輕輕掠過平靜的湖面。有些喜歡游泳的人們,還會從小船上躍入水中,暢遊一番。如果這時候你仔細觀察一下小船,就會發現,在人向前躍入水中之時,小船正向後退去。原來,當人準備躍入水中游泳的時候,雙腿彎曲,用勁向後蹬船板,船板給人一個向前的作用力。在這個向前的力的作用下,人產生向前的加速度,因而向前躍入水中。由牛頓第三定律知道,當船板給人一個向前的作用力的同時,人也給船一個向後的作用力,這個力就是人的雙腿使勁向後蹬船板所造成的。船在這個向後的力的作用下,產生向後的加速度,因而向後退去。這就形成了人向前船向後的現象。當人躍入水中的速度越大,船後退的速度也越大。
這種現象是很普遍的。你用步槍射擊的時候會感到,子彈向前射出的同時,槍托向後撞痛了你;炮兵演習的時候,你會觀察到,炮彈從炮筒中向前飛去的同時,笨重的炮身向後退了一段距離……所有這些,都是兩個依靠其間相互作用力而運動的物體,當一個向前,另一個必然向後。這種現象稱為反衝現象。
我們設想一下,如果有一條小船,可容納10位遊客。這10個人將一個接一個地向前躍入水中暢遊,那麼小船將連續受到向後的作用力,連續獲得向後的加速度,小船向反方向的運動將越來越快。
“起花”的上升實際與這種現象是一樣的。“起花”原來是靜止的,當點火之後,裡面的燃料急劇燃燒,產生的大量氣體不能向其他方向逃逸,因此只能從“起花”尾部的小孔,沿同一個方向,以極大的速度噴出。難道這個現象不像遊船上的人們,不斷向同一個方向躍入水中嗎?正是同一個道理,“起花”騰空而起了。
你們可能很難想到,人類飛往宇宙空間所使用的交通工具——火箭,它執行的道理竟然和小小的玩意——“起花”毫無區別!只不過,它們的形狀、結構及使用的燃料不同罷了。
要使物體繞地球飛行而不落回地面,必須讓這個物體具有7.9千米/秒的高速度,即達到所謂的“第一宇宙速度”。地球的夥伴——人造地球衛星就必須具有這個速度。人們就是依靠火箭將地球衛星送上軌道,使它與地球結伴。然而,只靠一隻火箭是不可能使衛星得到不落回地面的速度的。為此,人們將幾個火箭首尾相接起來,組成“多級火箭”,用它來送衛星和其他的人造天體上天。發射時候,先點燃第一級火箭,當它的燃料燒完了,便自動脫落;第二級繼續燃燒,又脫落……就這樣,每一級的燃料燃燒,就推動著衛星,每一級的脫落又減輕了整個火箭的重量。衛星隨著一級一級地加速,終於獲得一定的速度。當到達了預定的軌道時,多級火箭完成了自己的使命。衛星被彈入軌道。
多級火箭這個“多”是要有限制的,因為火箭的級越多,製造越繁雜,重量越大,發射時需要的推動力也越大。人造地球衛星通常是用三級火箭來發射的。
1957年10月,人類用火箭發射了第一顆人造地球衛星。到目前為止,人類不僅發射了人造地球衛星,還向太空發射了多種人造天體。其數量之多,達到幾千顆,在這其中,中國的衛星也在執行!1961年4月,人類首次派宇航員進入廣闊無垠的宇宙空間,去考察這茫茫宇宙,去考察這神秘而寂靜的未知世界。20世紀60年代末期,人類不僅飛出了地球,而且踏上了月球。啊,這裡既沒有巍峨的廣寒宮,也沒有人類的朋友……人類並不滿足於此,因為在茫茫宇宙中,到月球去,就好比是從屋裡到了門口。
20世紀60年代以來,人類不斷髮射無人的行星探測器,飛往太陽系中離地球最近的兩個行星——金星和火星,進行探索。1977年,兩顆“海盜號”火星探測器在火星表面輕輕地降落了,想尋找火星上的生命,找個“知音”。然而,使我們掃興的是,在火星上尚未發現生命存在的痕跡。還有兩顆“旅行者”宇宙探測器,它們被派往木星、天王星和冥王星進行考察,到1989年左右,它們將穿越太陽系的邊界,到那廣闊無垠的銀河系空間。或許,在那裡,它們能進入另一個文明世界。人們給自己的特使——探測器帶著一套“地球之音”的資訊,希望借“旅行者”送給那裡高智慧的“朋友”。真到那時,人類便在茫茫的銀河系中找到了“知音”。這是多麼美好的願望。這美好願望的實現,都離不開火箭。
說起來,中國還是火箭的祖國呢!原始的火箭大約出現在中國南宋時代(1127年—1279年)。那是在箭桿的前部綁上一個裝火藥的圓筒的箭;或者說,相當於流傳到今天的起花前頭裝一個箭頭。別看它不起眼,它是我們的祖先對世界科技偉大的貢獻之一。當今最先進的火箭都是從它發展來的。
知識點宇宙速度
所謂宇宙速度就是從地球表面發射飛行器,飛行器環繞地球、脫離地球和飛出太陽系所需要的最小速度,分別稱為第一、第二、第三宇宙速度。第一宇宙速度大約為7.9千米/秒。物體在獲得這一水平方向的速度以後,不需要再加動力就可以環繞地球運動。
地球上的物體要脫離地球引力成為環繞太陽運動的人造行星,需要的最小速度是第二宇宙速度。第二宇宙速度為11.2千米/秒,是第一宇宙速度的根號2倍。地面物體獲得這樣的速度即能沿一條拋物線軌道脫離地球。
地球上物體飛出太陽系相對地心最小速度稱為第三宇宙速度,它的大小為16.6千米/秒。地面上的物體在充分利用地球公轉速度情況下再獲得這一速度後可沿雙曲線軌道飛離地球。當它到達距地心93萬千米處,便被認為已經脫離地球引力,以後就在太陽引力作用下運動。這個物體相對太陽的軌道是一條拋物線,最後會脫離太陽引力場飛出太陽系。
每逢新春佳節,爆竹聲聲,鑼鼓咚咚,到處是熱鬧歡樂的氣氛。小朋友們除了放鞭炮之外,還喜歡放些“起花”。你看那“起花”,一經點燃,尾巴就噴出一般煙火,“嗤”的一聲騰空而起,竄得很高。“起花”向後噴煙火的同時,本身卻向前竄去,其中的奧秘在哪裡?為了揭開這其中的奧秘,讓我們先從下面的現象說起。
夏日裡,在頤和園的昆明湖,在杭州的西湖或是在其他湖面上,我們經常可以看到,只只小船載著遊客,輕輕掠過平靜的湖面。有些喜歡游泳的人們,還會從小船上躍入水中,暢遊一番。如果這時候你仔細觀察一下小船,就會發現,在人向前躍入水中之時,小船正向後退去。原來,當人準備躍入水中游泳的時候,雙腿彎曲,用勁向後蹬船板,船板給人一個向前的作用力。在這個向前的力的作用下,人產生向前的加速度,因而向前躍入水中。由牛頓第三定律知道,當船板給人一個向前的作用力的同時,人也給船一個向後的作用力,這個力就是人的雙腿使勁向後蹬船板所造成的。船在這個向後的力的作用下,產生向後的加速度,因而向後退去。這就形成了人向前船向後的現象。當人躍入水中的速度越大,船後退的速度也越大。
這種現象是很普遍的。你用步槍射擊的時候會感到,子彈向前射出的同時,槍托向後撞痛了你;炮兵演習的時候,你會觀察到,炮彈從炮筒中向前飛去的同時,笨重的炮身向後退了一段距離……所有這些,都是兩個依靠其間相互作用力而運動的物體,當一個向前,另一個必然向後。這種現象稱為反衝現象。
我們設想一下,如果有一條小船,可容納10位遊客。這10個人將一個接一個地向前躍入水中暢遊,那麼小船將連續受到向後的作用力,連續獲得向後的加速度,小船向反方向的運動將越來越快。
“起花”的上升實際與這種現象是一樣的。“起花”原來是靜止的,當點火之後,裡面的燃料急劇燃燒,產生的大量氣體不能向其他方向逃逸,因此只能從“起花”尾部的小孔,沿同一個方向,以極大的速度噴出。難道這個現象不像遊船上的人們,不斷向同一個方向躍入水中嗎?正是同一個道理,“起花”騰空而起了。
你們可能很難想到,人類飛往宇宙空間所使用的交通工具——火箭,它執行的道理竟然和小小的玩意——“起花”毫無區別!只不過,它們的形狀、結構及使用的燃料不同罷了。
要使物體繞地球飛行而不落回地面,必須讓這個物體具有7.9千米/秒的高速度,即達到所謂的“第一宇宙速度”。地球的夥伴——人造地球衛星就必須具有這個速度。人們就是依靠火箭將地球衛星送上軌道,使它與地球結伴。然而,只靠一隻火箭是不可能使衛星得到不落回地面的速度的。為此,人們將幾個火箭首尾相接起來,組成“多級火箭”,用它來送衛星和其他的人造天體上天。發射時候,先點燃第一級火箭,當它的燃料燒完了,便自動脫落;第二級繼續燃燒,又脫落……就這樣,每一級的燃料燃燒,就推動著衛星,每一級的脫落又減輕了整個火箭的重量。衛星隨著一級一級地加速,終於獲得一定的速度。當到達了預定的軌道時,多級火箭完成了自己的使命。衛星被彈入軌道。
多級火箭這個“多”是要有限制的,因為火箭的級越多,製造越繁雜,重量越大,發射時需要的推動力也越大。人造地球衛星通常是用三級火箭來發射的。
1957年10月,人類用火箭發射了第一顆人造地球衛星。到目前為止,人類不僅發射了人造地球衛星,還向太空發射了多種人造天體。其數量之多,達到幾千顆,在這其中,中國的衛星也在執行!1961年4月,人類首次派宇航員進入廣闊無垠的宇宙空間,去考察這茫茫宇宙,去考察這神秘而寂靜的未知世界。20世紀60年代末期,人類不僅飛出了地球,而且踏上了月球。啊,這裡既沒有巍峨的廣寒宮,也沒有人類的朋友……人類並不滿足於此,因為在茫茫宇宙中,到月球去,就好比是從屋裡到了門口。
20世紀60年代以來,人類不斷髮射無人的行星探測器,飛往太陽系中離地球最近的兩個行星——金星和火星,進行探索。1977年,兩顆“海盜號”火星探測器在火星表面輕輕地降落了,想尋找火星上的生命,找個“知音”。然而,使我們掃興的是,在火星上尚未發現生命存在的痕跡。還有兩顆“旅行者”宇宙探測器,它們被派往木星、天王星和冥王星進行考察,到1989年左右,它們將穿越太陽系的邊界,到那廣闊無垠的銀河系空間。或許,在那裡,它們能進入另一個文明世界。人們給自己的特使——探測器帶著一套“地球之音”的資訊,希望借“旅行者”送給那裡高智慧的“朋友”。真到那時,人類便在茫茫的銀河系中找到了“知音”。這是多麼美好的願望。這美好願望的實現,都離不開火箭。
說起來,中國還是火箭的祖國呢!原始的火箭大約出現在中國南宋時代(1127年—1279年)。那是在箭桿的前部綁上一個裝火藥的圓筒的箭;或者說,相當於流傳到今天的起花前頭裝一個箭頭。別看它不起眼,它是我們的祖先對世界科技偉大的貢獻之一。當今最先進的火箭都是從它發展來的。
知識點宇宙速度
所謂宇宙速度就是從地球表面發射飛行器,飛行器環繞地球、脫離地球和飛出太陽系所需要的最小速度,分別稱為第一、第二、第三宇宙速度。第一宇宙速度大約為7.9千米/秒。物體在獲得這一水平方向的速度以後,不需要再加動力就可以環繞地球運動。
地球上的物體要脫離地球引力成為環繞太陽運動的人造行星,需要的最小速度是第二宇宙速度。第二宇宙速度為11.2千米/秒,是第一宇宙速度的根號2倍。地面物體獲得這樣的速度即能沿一條拋物線軌道脫離地球。
地球上物體飛出太陽系相對地心最小速度稱為第三宇宙速度,它的大小為16.6千米/秒。地面上的物體在充分利用地球公轉速度情況下再獲得這一速度後可沿雙曲線軌道飛離地球。當它到達距地心93萬千米處,便被認為已經脫離地球引力,以後就在太陽引力作用下運動。這個物體相對太陽的軌道是一條拋物線,最後會脫離太陽引力場飛出太陽系。